3D打印作为一种快速成型技术,其发展状况正受到世界各国的密切关注。在制造实物的过程中,操作人员只需运用粉末状金属或塑料等粘合材料,并借助相应的打印设备,就可以打印出具有多种尺寸和形状的物品。基于3D打印在缩短产品研发周期、降低制造成本、提升材料利用率等方面的优势,多个行业的从业者已经开始借助该技术来研发和制造产品。本专题将从物联网及医疗领域来探寻多才多艺的3D打印给我们生活带来的改变。

3D打印是一系列快速成型技术的统称,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。目前市场上常见的有FDM(熔融沉积)技术、SLS(粉末材料选择性激光烧结)技术、SLA(光敏树脂选择性固化,简称光固化)技术和与SLA相似的DLP(数字光投影)技术等,其中SLS和SLA与激光技术密不可分。

过去,我们习惯手动控制机器。如果想使用热水器,过去我们可以计划和安排关闭开关的时间。然而,由于物联网的出现,现在可以借助智能手机或语音控制设备远程控制开关。3D技术在物联网中的应用带来了一个全新的颠覆性时代,机遇无穷无尽。
据Allied Market Research预测,到2020年,3D技术市场预计将达到1751亿美元,复合年增长率达到21%。诸如低运行成本,维持较高温度和提高强度同时保持低重量的因素推动了对基于3D技术的新产品的需求。
在过去几年中,尽管该技术仍处于起步阶段,一些工程师已经在制造物联网设备中采用了3D打印。 3D打印的优势,例如在不同规模,材料和颜色上开发各种模型的灵活性,是市场参与者将3D技术纳入物联网的主要驱动力。

2014年,世界首例3D打印椎骨取代人体椎骨的手术在北京成功举行。它被认为是现代医学的一大进步,因为与传统的椎骨替代品相比,特别设计的3D打印骨骼形状更好地契合了人体结构,更耐用的同时可以使人体更快更好的恢复。这是模仿患者的解剖结构进行3D个性化植入的一个典型案例,然而,3D打印在医学上的应用远不止这些,它创造了一个全新的个性化医学领域,比如说3D打印药物。对于患有长期性疾病或老年患者来说,每天可能需要服用数十粒药物,而研究证明,有30%—50%的人因没有正确服用药物而导致治疗效果下降甚至引起副作用。通过3D打印精确控制药物成分,根据个人需求将数十粒药物的效果合成到一粒药物上,这个过程中还可以在一些成分的表面涂上特殊材料来延缓药效的释放,以使科学家可以对服用后的药效进行精确的控制。3D打印为医学界引入的另一项革命性的服务是重新构想医疗程序。现在进行手术前,大多数医生用二维图像来确定手术方法,这种传统的成像技术不是很精确。而3D打印模型可以准确地捕捉到独特的解剖结构细节,允许外科医生拥有需要进行手术的任何人体部位的复制品,尤其是大脑和心脏,这种手术模拟服务大大提高了复杂手术的成功率。现代社会的发展是建立在创意和创造力之上的,而3D打印的个性化定制特征也将会在现代社会得到长足的发展。

(1)强大的制造能力可能危及就业。3D打印机在生产复杂或高度定制的产品方面比传统制造业有很大的优势,但它在带来社会效益的同时,也会造成劳动力市场的动荡。3D打印可以为飞机生产批量的精密零件,成本与生产牙刷差不多,它正迅速成为“盒子里的工厂”,几乎可以打印任何东西。虽然目前它在各行业中的应用相当有限,但随着这项技术在未来几年变得生产力更强、更容易获得,它的影响或许不可评估。兰德公司团队采访的专家估计,未来几年,3D打印机的产量可能只占所有消费品的5%,也有可能达到90%左右,数以百万计的工作岗位可能岌岌可危。

黑客可能利用虚拟网络威胁现实世界。3D打印技术的进步也可能引发新的网络攻击,随着数字计划转化为实物,黑客能轻而易举地将恶意代码或有缺陷的指令、算法引入打印程序,使用打印机来造成对真实世界的破坏,此时的网络安全将变得更加重要。研究人员做过一个实验,他们侵入了一台台式电脑修改了无人机螺旋桨3D图纸中的几行代码,打印出来的螺旋桨看起来完美无缺,但在起飞后的1分43秒时,惊心动魄的一幕发生了,这架小型无人机的一个螺旋桨发生爆炸,飞机摇晃着坠落并撞得粉碎。随着数字技术的发展,当3D打印机越来越多地被用来制造一些关键部件,包括飞机引擎时,当别有用心的人通过在关键设备中植入某种缺陷来锁定目标人群时,这些担忧绝非杞人忧天。

3D打印集产品设计与打印制造于一身,短则几个小时,多则几天就能把结构复杂产品生产出来;几乎没有材料损耗,降低了生产成本,为企业增加利润创造条件,而且还便利了人们的生活;只需要几个技术熟练的3D打印技术人员即可完成从涉及到生产制造的全部过程。3D打印生产的产品是多种多样的。消费者可以根据自己的需要定制自己的产品,基于互联网平台,消费者甚至可以实现遥控打印自己设计的产品。只要善用3D打印,多才多艺的3D打印将在生活的方方面面位我们提供巨大的便利。

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